[实用新型]一种波长可调谐深紫外光激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于光电子与激光技术领域，涉及光波导理论与技术、非线性光学、光子学与技术领域。它适用于激光光刻、光数据存储、医药、光谱学、光化学、分子生物学、强场物理以及超快过程探测等科学技术领域的应用。

背景技术

随着全固态激光技术以及新型深紫外非线性晶体的发展，对近红外光（NIR）进行级联倍频或和频是目前获得深紫外激光的有效方法。但是，上述方式受较大的群速度失配、非线性材料的长度和透明度、光学装置（如，相位延迟线、色散补偿和非共线光参量放大）的复杂性等因素限制，光光转换效率难以提高。另外，准分子激光器和同步辐射源，因其制作成本高、操作复杂以及可调谐的波长范围窄，制约了深紫外波段对前沿研究的发展和应用。对于传统的非线性光纤，由于受折射率对激光传导模式和色散问题的限制，在紫外光波段也难以实现频率变换。

光子晶体光纤可控的色散特性和增强的模式限制特性，为非线性光学相位匹配提供了新的解决方法。对目前所采用光子晶体光纤产生深紫外激光的方案进行深入的分析，概括起来它们可分为三类：

一类在空芯的光子晶体光纤中填充惰性气体，通过调节填充气体的压力可控制其色散特性，使基波和三次谐波的高阶模之间实现相位匹配，实现深紫外激光输出。但是惰性气体产生非线性需要的激光功率密度较高（达到1014W/cm²），实验中必须用几十飞秒的超短脉冲和较高的平均功率泵浦，这限制了泵浦源的选择；并且，每个纤维端配备压力舱和控制装置增加了实际应用的复杂性，在9×10⁴帕压力下，对光子晶体光纤的结构的也存在着要求。

第二类是在实芯的光子晶体光纤中实现基波和三次谐波的高阶模之间的相位匹配，由于较大的群速度失配、较小的模场重叠面积导致其转换效率极低，仅为0.05%。

第三类是利用实芯拉锥光纤产生色散波，拉锥光纤的零色散点随芯经的减小逐渐降低。虽然转换效率达到4%，由于芯径缩小导致其它非线性效应。

综上所述，由于相对较大的色散和传输损耗，目前在光子晶体光纤中直接产生深紫外激光，存在着转换效率低，实验装置复杂等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的采用零色散波长在700-800nm的高非线性光子晶体光纤产生四波混频，利用反斯托克斯波产生紫外光波段的三次谐波以及采用零色散长在700-800nm的高非线性光子晶体光纤产生紫外光波段的共振辐射波，克服泵浦光和紫外光之间较大的的群速度失配问题，实现一种波长可调谐的紫外光激光器。

本实用新型的目的是通过以下方案来实现的：

波长可调谐的紫外光激光器，它包括高非线性光学材料，高反射镜，输出光束准直器，泵浦光耦合器，色散补偿元件，偏振控制器，泵浦光功率控制器，光学隔离器和光谱滤波片。其中棱镜实现紫外光和其它光分离，光谱滤波片对紫外光波段高透，高非线性光学材料放置在高反射镜的后端，输出光束准直器放置在高非线性光学材料的输出端实现对输出光的准直，色散补偿元件放置在泵浦光耦合器入射端前面实现对泵浦光的压缩，浦光功率控制器放置在偏振控制器入射端前面实现泵浦光功率控制，偏振控制器放置在色散补偿元件前端，控制偏振态改变，光学隔离器在泵浦光入射的最前端。

高非线性光学材料零色散波长在700-800nm的高非线性光子晶体光纤；

高反射镜为平平镜或者光纤光栅；

输出光束准直器为显微物镜；

泵浦光耦合器为光纤耦合器或光纤波分复用器。

光谱滤波片为镀紫外至深紫外波段高透膜的平平镜

色散补偿元件为光栅

高非线性光学材料使工作于反常色散区域的近红外泵浦光产生四波混频效应，产生可见光波段的反斯托克斯波；反斯托克斯波产生深紫外光波段的三次谐波。

高非线性光学材料工作于反常色散区域的近红外泵浦光产生紫外光波段的色散波。

减少材料使用长度，能提高反斯托克斯波和色散波的转换效率，可抑制超连续谱的产生。

改变泵浦光波长，满足四波混频的相位匹配条件要求，反斯托克斯波和其三次谐波随之改变，实现深紫外光波段的调谐输出。

调节泵浦光功率控制器改变泵浦光功率，满足四波混频的相位匹配条件要求，能够实现波长可调谐的紫外光输出。

旋转偏振控制器调节泵浦光的偏振方向，满足四波混频的相位匹配条件要求，能够实现紫外光调谐输出。